钢筋砼宽柱双梁节点抗震性能研究

吴梅梅 杜祥帅 郑铭凯 陈甜 王雪

摘    要：步入21世纪以来，伴随着国民经济的飞速发展，城市的建设以及人们生活水平得到了很大程度的进度，以往普遍运用的砖砌体结构已不能满足当今人们的需要，加之人口增长、旧城改造等任务的繁重，催促着建筑技术的发展与进步。在已经遍地高楼大厦的今天，安全首要放在第一位，城市改造可谓是牵一发而动全身，这也成为了各地政府亟待解决的主要问题。在一些建筑风貌重要的城市，相关部门会全力保护建筑物的风貌，因此会根据建筑物的使用要求在不改变其风貌的基础上进行加固和改造，托换结构便由此得到了飞速的发展，同时结构的综合效益相当高，满足安全性、适用性和经济性三大原则。宽柱双梁结构体系最大的特点就是原有结构的受力性能在托换阶段不会发生改变，同时在托换后形成的新结构体系中原有的结构受力性能也不会发生改变。与传统结构体系相比，整体布置方便、简单灵活，在提高房间使用面积的同时，深受业主的青睐。钢筋砼宽柱双梁节点具有节约资源、环境友好、满足社会需求的优点，本文正是基于这种背景下，对改造后的房屋的抗震性能进行研究。

关键词：宽柱双梁;节点;风貌;抗震;研究

1  起源背景

二十一世纪以来，我国发生了多次重大地震，都造成了大量房屋的破坏、倒塌，导致了严重的经济损失和人员伤亡。通过大量的破坏数据表明，主要是节点破坏尤其是节点受剪破坏。后来经过专业学者的调查研究发现，房屋大多数破坏都是发生在梁柱节点处，未能实现“弱构件、强节点”的设计原则，核心受力区的破坏形态主要是纵向钢筋保护层剥落，中部核心区混凝土酥裂、脱落，柱中纵向钢筋受压向外弯曲，箍筋被混凝土向四周撑断。

这次教训让研究者深切认识到节点抗震性能的重要性，因此节点设计方法的提出必须具有科学性和合理性，这样推广运用可以更加的广泛，更好的保证安全性，这样我们才能够进步，不再重蹈覆辙。二十世纪八十年代，国内外学者相继展开了节点抗震性能的研究，开始了系统的对钢筋混凝土平面框架中间中端节点以及错相位施加低周往复荷载的双向受力节点进行了试验研究。

2  节点研究带来的认知

通过钢筋混凝土空间框架中节点实验，发现节点中梁筋粘结锚固性能对节点受剪承载力的影响较小，但是由于对节点的延性有较大的影响，接着对梁筋进行滑移时，发现节点的耗能大大降低，但是延性和耗能能力有明显不足。

虽然实验的内容和方向不完全相同，参数上也存在一定的的差别，但最后都对钢筋混凝土宽柱双梁结构的研究迈出了重要的一步，也为之后宽柱双梁节点的研究提供了一定的基礎。宽柱双梁是老旧建筑改造新兴的一种理念，主要作用于建筑物的承重结构上，保障宽柱核心区的受力特性，使其能够最大程度的保证改造后的建筑安全，主要应用于砌体结构的改造过程，按照其使用材料的不同，可将其分为钢筋混凝土托换技术和型钢双梁托换技术两种;按照托换梁的数目可以将其分为单梁托换结构和双梁托换结构。框架体系由宽柱、未拆除墙体、连接板、传剪器、外贴墙体和节点等组成，即在改造过程中，在原结构柱的周围再增加一定的宽度，与双梁形成组合结构，在新增的双梁之间，布置合理的连接钢筋。

因此，对于节点抗震性能研究来说提高节点的抗剪承载能力己经成为其最重要一环。早在二十世纪初期，就有学者发现地震之后框架节点破坏程度很小，但是并未在抗震规范设计中对节点进行特性的规定。 规定依据于：房屋层数较少，梁柱尺寸较大，节点接触体积也较大，带来了更好的抗剪承载力，但这样构建在早期配筋率一般不会太高， 并且大多采用低碳钢，具有很好的延性，但节点核心处的受力构造并未引起人们的注意，这样就在长期使用后造成了节点核心区配很少的箍筋，有时甚至连构造箍筋也不配置，这样施工更加简便。

3  托换方案和原则要求

在二十一世纪初期，随着社会需求的不断变化托换技术开始广泛应用于实际生产生活中，关于砌体结构的改造加固的方法越来越多的使用托换技术。

托换结构一般是将原来较小的空间砌体结构通过托换加固变成更加安全、更加宽敞的框架结构，因此方案的选择就至关重要。托换方案通常要考虑以下三个原则：①托换后的结构能够满足现代社会的使用功能要求;②加固后结构的整体安全性不能够削弱;③改造后的结构和重建相比能够获得更大的经济效益和社会效益。同时砌体结构在扩大空间的改造工程中具有较大的危险性，所以选择何种结构是托换方案选择考虑的重点。

4  发挥夹墙和双梁的协同作用

现如今大多数的研究节点主要集中于平面上，即梁和柱的荷载都在一个平面内。节点的破坏往往是由于多种弯矩、内力、扭转、剪力等作用下引起的，梁柱节点一般在节点区域的柱子端部发生塑形破坏。最近几年，国内外学者对不同形式的空间节点展开了低周往复荷载下的抗震试验研究。基于试验研究重点分析节点的抗震性能、破坏特征、延性及耗能能力、受力机理，并对其进行了系统的分析和归纳。

通过对比分析发现，虽然平面节点增加了纵梁的宽敞空间，使得试件有了更好的抗剪承载力，但是与平面节点比较得知，该类节点的延性明显比平面节点好，这是由于梁柱之间的连接产生了较小的滑移，现实中不能完美的连接，实验中对其进行低周往复荷载的作用，节点核心区域更容易发生剪切破坏。在低周往复荷载作用下，双梁之间的夹墙部分在最开始就出现了开裂，随着试验的进行，这部分逐渐出现了严重的脱落。因此，在实际工程中应该采取一定的措施使夹墙和双梁能够更好的协同工作，并采取一定的防护措施，避免夹墙脱落带来的财产生命的损失。

5  节点抗震性能研究

对于节点抗震性能的研究，为模拟节点在地震作用下的受力情况，一般有两类加载方案：一种是柱端施加水平荷载或者位移，此时梁能左右移动而上下受约束，模拟弯矩和剪力的产生;另一种加载方案是在梁的自由端施加竖直往复荷载或者位移，柱子保持垂直状态，顶部施加荷载用来模拟轴力。这两种加载方式都是通过加载端的变形来实现实际地震的影响。

在抗震性能研究上，低周往复加载试验是研究节点抗震性能最直接的手段之一，但是由于试验观测内容以及研究的参数比较局限。利用有限元模型模拟分析节点在低周往复荷载作用下的受力情况可以作为试验研究的有效补充。宽柱双梁节点构件分别由三种材料属性完全不同的混凝土、砌体和钢筋构成，而且混凝土本身的材料性能决定了其显著的非线性特点，在荷载作用下易开裂，钢筋混凝土结构在不同材料、结构形式以及受力状态下所发生的破坏形式也各具特点。主要表现为构件破坏过程中的变形、裂缝出现的情况及构件的破坏机理，不同构造形式的构件其破坏形式也各具特色。目前，国内外主流的计算模型主要是依靠试验基础加上理论分析或者根据纯理论推导而出，导致大多数的计算模型各不相同，而且同一种形式的破坏机理也可能因为数据的不同导致模型上的差异，而有限元分析方法有效的解决了这一问题。

参考文献：

[1] 张连德.钢筋砼空间框架节点抗震性能的研究[J].建筑结构学报，1987（2）.

[2] 李振宝.钢筋混凝土梁扳柱空间节点抗震性能试验研究[J].世界地震工程，2009（3）.

[3] 万海涛，韩小雷，季静.基于性能设计方法的钢筋混凝土柱构件分析[J].中南大学学报，2010（4）.